Question

17．为了探究乙二酸的不稳定性，弱酸性和还原性．某化学兴趣小组设计了如下实验．
【查阅资料】乙二酸俗称草酸，草酸晶体（H₂C₂O₄•2H₂O）在100°C时开始升华，157°C时大量升华并开始分解；草酸蒸气在低温下可冷凝为固体．
草酸钙不溶于水，草酸蒸气能使澄清石灰水变浑浊．
【实验设计】
Ⅰ．乙二酸的不稳定性：
根据草酸晶体的组成，猜想其受热分解产物为CO、CO₂和H₂O．
（1）请用下列装置组成一套探究并验证其产物的实验装置，请回答下列问题：

①装置的连接顺序为：A→B→D→G→F→E→C→G
②装置中冰水混合物的作用是除去草酸蒸气，防止干扰实验
③能证明产物中CO的实验现象是黑色固体变成红色，且澄清石灰水变浑浊
④从环境保护角度看上述装置中存在的不合理之处为没有CO尾气处理装置
Ⅱ．乙二酸的弱酸性：
该小组同学为验证草酸性质需0.1mol•L^-1的草酸溶液480ml．
（2）配制该溶液需要草酸晶体6.3g
（3）为验证草酸具有弱酸性设计了下列实验，其中能达到实验目的是BD
A．将草酸晶体溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色
B．测定0.1mol•L^-1草酸溶液的pH
C．将草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出
D．测定草酸钠溶液的pH
（4）该小组同学将0.1mol•L^-1草酸溶液和0.1mol•L^-1的NaOH等体积混合后，测定反应后溶液呈酸性，则所得溶液中各离子浓度由大到小的顺序为c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）
Ⅲ．乙二酸的还原性：
（5）该小组同学向用硫酸酸化的KMnO₄溶液中滴入过量的草酸溶液，发现酸性KMnO₄溶液褪色，从而判断草酸具有较强的还原性．该反应的离子方程式为2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
（6）该小组同学查阅资料得知“菠菜中富含可溶性草酸盐和碳酸盐”，利用上述原理准确测定菠菜中草酸盐含量，回答有关问题：
①操作：取mg菠菜样品，将其中草酸盐转化为CaC₂O₄沉淀分离出来，用盐酸溶解后，将溶液转入容量瓶中加水配制成100mL溶液．每次用酸式滴定管移取25.00mL该溶液，用0.0100mol•L^-1KMnO₄标准溶液滴定，平均消耗标准溶液V mL．
②计算：菠菜中草酸盐（以C₂O₄^2-计）的质量分数为$\frac{0.88V}{m}$%
③讨论：用标准KMnO₄溶液直接滴定菠菜研磨、浸泡、过滤得到的溶液结果可能偏高，如果不考虑操作引起的误差，原因很可能是溶液中可能含有其他还原性物质会消耗高锰酸钾．

Answer 1

分析 （1）①②猜想其产物为CO、CO₂和H₂O，草酸在100℃时开始升华，157℃时大量升华，并开始分解．草酸钙不溶于水、草酸蒸气能使澄清石灰水变浑浊、草酸蒸气在低温下可冷凝为固体，分析可知先冷凝挥发出的草酸，再检验水蒸气的生成，检验二氧化碳的生成，并除去二氧化碳，再通过灼热的氧化铜检验一氧化碳气体的存在，利用反应后生成的二氧化碳通入澄清石灰水变浑浊证明一氧化碳的存在；
③检验产物中CO的实验现象是C中黑色氧化铜变红色，生成了澄清石灰水变浑浊的气体；
④一氧化碳有毒，会污染空气，需要吸收处理装置；
（2）没有480mL的容量瓶，只能选用500mL的容量瓶，根据m=cVM来解答；
（3）A．将草酸晶体溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色，说明草酸具有酸性；
B．测定0.1molL^-1草酸溶液的pH，根据氢离子浓度和草酸浓度相对大小判断电解质强弱；
C．将草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出，说明草酸酸性大于碳酸；
D．测定草酸钠溶液的pH，根据溶液酸碱性判断草酸酸性强弱；
（4）二者恰好反应生成NaHC₂O₄，混合溶液呈酸性，则c（H⁺）＞c（OH^-），Na⁺不水解、HC₂O₄^-水解，则c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-），溶液呈酸性说明HC₂O₄^-电离程度大于水解程度，据此判断离子浓度大小；
（5）酸性条件下，KMnO₄具有强氧化性，酸性KMnO₄溶液和草酸发生氧化还原反应，溶液褪色，Mn元素化合价由+7价变为+2价，则C元素生成稳定氧化物CO₂，根据转移电子相等、原子守恒、电荷守恒书写离子方程式；
（6）①计算出配制的100mL样品溶液会消耗高锰酸钾溶液的体积，再根据n=cV计算出消耗高锰酸钾的物质的量，然后根据反应2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O计算出样品中含有草酸钙的物质的量，最后计算出样品中草酸钙的质量分数；
②测定结果偏高，说明消耗的酸性高锰酸钾溶液体积偏大，如果不考虑操作引起的误差，则说明溶液中可能含有其它还原性的物质．

解答 解：（1）①分解产物为CO₂、CO和H₂O，草酸晶体（H₂C₂O₄•2H₂O）在100℃时开始升华，157℃时大量升华并开始分解，草酸蒸气在低温下可冷凝为固体，所以生成的气体中含有草酸蒸气，应该检验生成产物成分时除去草酸，因为检验二氧化碳需要氢氧化钙溶液，溶液中含有水分，所以要先用无水硫酸铜检验水蒸气；用CuO检验CO，CO生成二氧化碳，为防止CO生成的CO₂干扰产物中CO₂的检验，所以要先检验CO₂、后检验CO，用B冷却得到草酸晶体、用C氧化CO、用D检验水、用E干燥CO、用F吸收二氧化碳、用G检验二氧化碳，所以其排列顺序是A→B→D→G→F→E→C→G，故答案为：D；G；
②冰水混合物的作用是除去产物中草酸蒸气，防止干扰实验，
故答案为：除去草酸蒸气，防止干扰实验；
③CO具有还原性，能还原CuO生成Cu，生成的二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，则能证明含有CO的现象是：黑色固体变成红色，且澄清的石灰水变浑浊，
故答案为：黑色固体变成红色，且澄清石灰水变浑浊；
④CO有毒，不能直接排空，要有尾气处理装置，
故答案为：没有CO尾气处理装置；
（2）配制480mL0.1mol•L^-1的草酸溶液需要500mL容量瓶，则需要草酸晶体质量m=cVM=0.1mol/L×0.5L×126g/mol=6.3g，
故答案为：6.3；
（3）A．将草酸晶体溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色，说明草酸具有酸性，但不能说明草酸部分电离，不能证明草酸是弱酸，故A错误；
B．测定0.1molL^-1草酸溶液的pH，如果溶液中氢离子浓度小于草酸浓度的2倍，就说明草酸部分电离为弱电解质，故B正确；
C．将草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出，说明草酸酸性大于碳酸，但不能说明草酸部分电离，不能证明草酸是弱酸，故C错误；
D．测定草酸钠溶液的pH，如果草酸钠是强酸强碱盐，溶液呈中性，如果草酸钠是弱酸强碱盐，溶液呈碱性，能证明草酸是否是弱电解质，故D正确；
故答案为：B；D；
（4）二者恰好反应生成NaHC₂O₄，混合溶液呈酸性，则c（H⁺）＞c（OH^-），Na⁺不水解、HC₂O₄^-水解，则c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-），溶液呈酸性说明HC₂O₄^-电离程度大于水解程度，所以溶液中c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-），溶液呈酸性则c（OH^-）浓度最小，则溶液中离子浓度大小顺序是c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-），故答案为：c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）；
（5）酸性条件下，KMnO₄具有强氧化性，酸性KMnO₄溶液和草酸发生氧化还原反应，溶液褪色，Mn元素化合价由+7价变为+2价，则C元素生成稳定氧化物CO₂，根据转移电子相等、原子守恒、电荷守恒可得离子方程式为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
故答案为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（6）②配制的100mL样品溶液会消耗高锰酸钾溶液的体积为VmL×$\frac{100mL}{25mL}$=4VmL，消耗高锰酸钾的物质的量为：0.0100mol•L^-1×4V×10^-3L=4V×10^-5mol，根据反应2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O可知，mg样品中含有草酸钙的物质的量为：4V×10^-5mol×$\frac{5}{2}$=V×10^-4mol，菜中草酸钙的质量分数为：$\frac{88g/mol×V×1{0}^{-4}mol}{mg}$×100%=$\frac{0.88V}{m}$%，
故答案为：$\frac{0.88V}{m}$%；
③用标准KMnO₄溶液直接滴定菠菜研磨、浸泡、过滤得到的溶液结果可能偏高，如果不考虑操作引起的误差，则溶液中可能含有其他还原性物质会消耗高锰酸钾，导致测定结果偏高，
故答案为：溶液中可能含有其他还原性物质会消耗高锰酸钾．

点评 本题考查性质实验方案设计，题目难度中等，涉及氧化还原反应、离子浓度大小比较、弱电解质的判断、溶液配制、实验操作先后顺序判断等知识点，明确物质的性质及实验原理是解本题关键，难点是物质检验先后顺序，易错点是（2）的计算，注意应该配制500mL溶液而不是480mL溶液．